Berøringsfrie magnetiske lagre: enhet, muligheter, fordeler og ulemper

Når vi snakker om magnetiske lagre eller berøringsfrie fjæringer, kan vi ikke unngå å legge merke til deres bemerkelsesverdige egenskaper: ingen smøring nødvendig, ingen gnidningsdeler, derfor ingen friksjonstap, ekstremt lavt vibrasjonsnivå, høy relativ hastighet, lavt energiforbruk, automatisk kontroll og lagerovervåking system, tetningsevne.

Alle disse fordelene gjør magnetiske lagre til de beste løsningene for mange bruksområder: for gassturbiner, for kryogen teknologi, i høyhastighets elektriske generatorer, for vakuumenheter, for forskjellige metallskjæremaskiner og annet utstyr, inkludert høypresisjon og høyhastighets (ca. 100 000 rpm ), hvor fravær av mekaniske tap, forstyrrelser og feil er viktig.

I utgangspunktet er magnetiske lagre klassifisert i to typer: passive og aktive magnetiske lagre. Passive magnetiske lagre er produsert basert på permanente magneter, men denne tilnærmingen er langt fra ideell, så den brukes sjelden.Mer fleksible og bredere tekniske muligheter åpnes med aktive lagre, der et magnetfelt skapes av vekselstrømmer i ledningsviklingene.

Hvordan det berøringsfrie magnetiske lagret fungerer

Driften av en aktiv magnetisk oppheng eller lager er basert på prinsippet om elektromagnetisk levitasjon - levitasjon ved hjelp av elektriske og magnetiske felt. Her skjer rotasjonen av akselen i lageret uten fysisk kontakt av overflatene med hverandre. Av denne grunn er smøring helt utelukket og mekanisk slitasje er fortsatt fraværende. Dette øker påliteligheten og effektiviteten til maskinene.

Eksperter merker også viktigheten av å overvåke posisjonen til rotorakselen. Sensorsystemet overvåker kontinuerlig akselens posisjon og gir signaler til det automatiske kontrollsystemet for presis posisjonering ved å justere statorens posisjoneringsmagnetiske felt - tiltrekningskraften på ønsket side av akselen forsterkes eller svekkes ved å justere strømmen i statorviklingene til de aktive lagrene.

To koniske aktive lagre eller to radielle og ett aksialt aktivt lager gjør at rotoren kan henges uten kontakt bokstavelig talt i luften. Gimbal-kontrollsystemet fungerer kontinuerlig, det kan være digitalt eller analogt. Dette gir høy retensjonsstyrke, høy lastekapasitet og justerbar stivhet og støtdemping. Denne teknologien gjør at lagrene kan jobbe ved lave og høye temperaturer, i vakuum, ved høye hastigheter og under forhold med økte krav til sterilitet.

Aktiv berøringsfri magnetisk lagerenhet

Fra ovenstående er det klart at hoveddelene av det aktive magnetiske fjæringssystemet er: magnetisk lager og automatisk elektronisk kontrollsystem. Elektromagnetene virker hele tiden på rotoren fra forskjellige sider og deres virkning er underordnet et elektronisk kontrollsystem.

Den radielle magnetiske lagerrotoren er utstyrt med ferromagnetiske plater, som påvirkes av et retentivt magnetfelt fra statorviklingene, som et resultat av at rotoren henges i midten av statoren uten å berøre den. Induktive sensorer overvåker posisjonen til statoren. rotoren til enhver tid. Ethvert avvik fra riktig posisjon resulterer i et signal som sendes til kontrolleren for å returnere rotoren til ønsket posisjon. Den radielle klaringen kan være mellom 0,5 og 1 mm.

Et magnetisk støttelager fungerer på samme måte. Ringformede elektromagneter er festet til trekkskiveakselen. Elektromagnetene er plassert på statoren. Aksiale sensorer er plassert i endene av akselen.

For pålitelig å holde rotoren på maskinen under stopp eller ved svikt i holdesystemet, brukes sikkerhetskulelager som er festet slik at gapet mellom dem og akselen er satt lik halvparten av magnetlageret. .

Det automatiske kontrollsystemet er plassert i skapet og er ansvarlig for riktig modulering av strømmen som flyter gjennom elektromagnetene i samsvar med signalene fra rotorposisjonssensorene. Kraften til forsterkerne er relatert til elektromagnetenes maksimale styrke, størrelsen på luftgapet og reaksjonstiden til systemet til en endring i rotorens posisjon.

Muligheter for berøringsfrie magnetiske lagre

Maksimal mulig rotorhastighet i et radialt magnetisk lager begrenses kun av de ferromagnetiske rotorplatenes evne til å motstå sentrifugalkraften. Vanligvis er grensen for periferihastighet 200 m / s, mens for aksiale magnetiske lagre er grensen begrenset av motstanden til det støpte stålet til stoppet - 350 m / s med vanlige materialer.

De påførte ferromagnetene bestemmer også den maksimale belastningen som et lager kan tåle med tilsvarende lagerstatordiameter og lengde. For standardmaterialer er det maksimale trykket 0,9 N / cm2, som er mindre enn for konvensjonelle kontaktlager, men lasttapet kan kompenseres av høy periferihastighet med økt akseldiameter.

Strømforbruket til det aktive magnetiske lageret er ikke veldig høyt. De største tapene i lageret skyldes virvelstrømmer, men dette er ti ganger mindre enn energien som går tapt ved bruk av konvensjonelle lagre i maskiner. Med unntak av koblinger, termiske barrierer og andre enheter, fungerer lagrene effektivt i vakuum, helium, oksygen, sjøvann og mer. Temperaturområdet er fra -253 ° C til + 450 ° C.

Relative ulemper med magnetiske lagre

I mellomtiden har magnetiske lagre også ulemper.

Først av alt er det nødvendig å bruke hjelpesikkerhetsrullelager, som tåler maksimalt to feil, hvoretter de må erstattes med nye.

For det andre, kompleksiteten til det automatiske kontrollsystemet, som, hvis det mislykkes, vil kreve komplekse reparasjoner.

For det tredje stiger temperaturen på lagerstatorviklingen ved høye strømmer - viklingene varmes opp og de trenger sin egen kjøling, helst væskekjøling.

Til slutt er materialforbruket til et berøringsfritt lager høyt fordi lageroverflaten må være stor for å støtte tilstrekkelig magnetisk kraft - lagerets statorkjerne er stor og tung. Pluss fenomenet magnetisk metning.

Men til tross for de tilsynelatende ulempene, er magnetiske lagre nå mye brukt, inkludert i optiske systemer med høy presisjon og i laserinstallasjoner. På en eller annen måte, siden midten av forrige århundre, har magnetiske lagre blitt bedre hele tiden.